面向STEP-NC控制器的数控加工工艺规划模型

STEP-NC是欧美提出的一种用以取代ISO 6983的新数控接口标准(ISO 14649)。分析了STEP-NC数据模型及其对数控系统的影响，基于STEP-NC的基本思想将数控加工中的工艺规划划分为离线规划、在线规划和实时规划，重点研究了基于STEP-NC控制器的在线规划问题。为了避免过多地占用加工时间，提出了按工步级规划→特征级规划→零件级规划的在线规划模式，并据此分别给出了工步级铣削用量的优化模型、特征级工艺路线的筛选方法以及基于启发式算法的工步排序方法。     

STEP-NC数据模型和数控程序

首先简要介绍了STEP-NC数据模型与STEP的关系以及制造特征、工步等主要概念，概括了铣削模型的基本结构和组织方式。然后介绍了STEP-NC数控程序的格式和特点，重点分析了数据模型中的EXPRESS实体向文件结构的映射问题，并通过实例讨论了STEP-NC数控程序的优缺点。     

基于BP神经网络的面向STEP-NC加工工步序列生成

针对STEP-NC非线性工艺规划中加工工步序列的生成问题,提出一种基于BP神经网络的工步序列智能化决策方法。在分析STEP-NC基于加工特征数据模型的基础上,提出面向STEP-NC加工工步序列的表示方案,并对其约束条件进行了分析;构建了基于BP神经网络的加工操作方法选择模型、机床选择模型和刀具选择模型的智能化决策策略,并对模型的有效性进行了训练与测试,充分融合了零件加工经验的定性化与神经网络的定量化决策方法,采用加工工步选择概率大小来实现STEP-NC工步序列的智能化生成;基于Solidworks三维CAD平台,开发了相应的原型系统,并以孔加工工步序列的生成为例,进一步验证了所提方法的正确性和有效性。     

基于STEP-NC的数控加工集成化在线检测与监测实现方法

为实现基于STEP-NC闭环制造环境的集成化在线检测与监测,提出一个数控系统解决方案,并定义了相应的STEP-NC数据模型,用于传输集成化在线检测与监测信息。数控系统由开放式平台、测头系统、传感器系统和数据采集卡组成,能够直接解释和执行包含在线检测与监测任务的STEP-NC文件,之后将检测结果写入STEP-NC文件并输出。利用实时扩展子系统开发了数据采集与监测驱动以及相关线程,并通过实例验证了系统的有效性。实验结果表明,所建立的数控系统能够根据读入的STEP-NC文件完成对零件的加工、检测和对加工过程的监测。     

面向螺杆旋风铣削工艺的STEP-NC建模及数控编程

为促进STEP-NC(ISO14649)向螺杆旋风铣削领域的拓展和应用,在现有STEP-NC数据模型的基础上定义了螺杆特征及旋风铣削工艺数据模型。首先在ISO 14649的加工特征下定义了螺杆特征,包括柱状螺杆和锥形螺杆两个子特征,在切削加工下定义了旋风铣削数据模型;然后给出基于STEP-NC的螺杆设计与制造系统集成方案;最后针对异型螺杆设计并实现了一个数控编程系统。该系统包括STEP文件翻译、特征识别、工艺规划和数控程序编写模块。该系统可以读取STEP AP203格式的螺杆CAD模型,并进行旋风铣削工艺的规划,最后生成符合ISO 14649的数控加工程序。     

基于STEP-NC数控加工的研究

STEP-NC技术是STEP标准在制造领域的应用，它定义了一种新的数控程序标准。首先介绍了STEP—NC的概念、数据模型和文件格式，对STEP-NC控制器进行了研究，提出了STEP—NC控制器应实现的功能和框架结构。探讨了STEP—NC的出现对制造信息化的影响，提出了基于STEP—NC的制造系统的闭环模式，研究了基于STEP—NC的智能化、网络化的实现方法，最后对其发展进行了展望。     

面向STEP-NC铣削加工的刀轨优选与仿真研究

研究了STEP-NC标准和应用协议,重点分析了STEP-NC数控程序的数据格式,全面了解了STEP-NC程序中制造特征的描述方法,从加工效率(走刀路线长短)方面衡量,应用神经网络建立STEP-NC铣削加工的刀轨优选的数学模型.并将该方法应用到具体零件的加工过程中,基于MATLAB开发一仿真系统,并对加工过程进行仿真.验证了神经网络在刀轨优选中的有效性.     

基于改进BP神经网络面向STEP-NC 2.5D制造特征的智能宏观工艺规划

智能工艺规划是实现智能制造的关键技术。面向新型NC编程数据接口国际标准STEP-NC(STEP-compliantnumerical control, STEP-NC),一种基于改进BP神经网络面向STEP-NC 2.5D制造特征的智能宏观工艺规划方法被提出。在该方法中,用于STEP-NC 2.5D制造特征加工操作方法决策的集成BP神经网络模型首先被建立。考虑到BP神经网络容易陷入局部最优和收敛速度慢,将混沌算法、遗传算法和BP神经网络算法相结合得到用于加工操作方法决策的改进的BP神经网络。在此基础上,将零件的加工信息归一化处理后输入到改进的神经网络中,进而实现了STEP-NC 2.5D制造特征加工操作方法的智能生成。最后,通过实例验证了该方法的有效性和可行性。     

基于STEP-NC的数控加工能耗估算方法

为了给低能耗的数控加工提供支持、满足当今低碳制造的需求,提出了一种基于STEP-NC的能耗估算方法。将数控机床按照其组件耗能性质的不同分为基本能耗组件、选择能耗组件以及运动能耗组件。以STEPNC的工步为研究对象,将其执行过程分为特征加工辅助、接近制造特征、特征加工以及远离制造特征4个状态,在对机床组件分类的基础上,给出了每种状态的能耗计算方法,依次相加便可得到单个工步的耗能,进一步即可计算出工件的加工能耗。基于此方法开发了能耗估算软件,通过一个零件的STEP-NC文件进行了测试,结果表明该方法可用于数控加工的能耗估算,并具有一定的实用性。     

Machining Line Planner输出STEP-NC数控程序的研究

介绍了STEP-NC的概念、数据模型及其结构特点,然后通过对比MLP(Machining Line Planner)和STEP-NC数控程序对特征和操作的不同定义方法,分析了在MLP中特征及加工工艺与STEP-NC的对应关系,探讨了在MLP中实现输出STEP-NC格式的零件加工程序的方法。     

基于STEP-NC数控加工方法的分析与研究

传统G、M代码加工存在产品加工信息不完整、传输过程单向、修改困难等问题,通过采用STEP-NC标准可以有效解决上述问题,从而实现良好的互操作性和可移植性。文中主要介绍STEP-NC技术研究的主要内容,基于STEPNC标准分析的数据模型,建立基于STEP-NC标准的CAPP系统的总体结构,为开放式数控系统打下了坚实的基础。     

STEP-NC数控加工程序信息提取系统的研究

首先分析了STEP-NC数据模型和加工程序结构.参照标准数据存取接口迟联编思想,给出信息提取系统的结构模型,具体解释了模型中的模型实体创建、词法分析、实体实例匹配,以及特征重构和信息分类模块的原理和实现方法,基于上述方法,实现了对STEP-NC数控加工程序信息提取的实验原型系统.通过实例证明了该系统的有效性.     

STEP-NC译码器及其关键技术

为实现与产品模型数据交换标准兼容的数控数据接口在数控系统中的应用,开发了STEP-NC译码器.阐述了译码器的工作原理,将译码器按照逻辑关系分为六个功能模块,介绍了各个模块的功能和实现方法.详细论述了STEP-NC译码器实现中的三项关键技术:类库设计、刀轨规划参数读取方法和STEP-NC坐标系转换.最后,结合一个STEP-NC程序实例,利用所开发的STEP-NC译码器,规划出该程序实例的完整刀具轨迹,通过STEP-NC铣削仿真系统对刀具轨迹及零件模型进行切削仿真.仿真结果表明,所开发的STEP-NC译码器是正确可行的.     

STEP-NC控制器及其刀轨规划方法研究

为实现产品模型数据交换标准-数控程序在传统数控机床上的应用，提出了产品模型数据交换标准-数控程序的刀轨规划方法。首先，概述了产品模型数据交换标准-数控程序控制器的类型及其3大核心功能模块，分析和研究了刀轨规划过程中坐标系转换问题，给出了利用产品模型数据交换标准-数控程序实体索引映射表规划加工特征刀轨的方法和步骤，着重分析了平面和型腔两个加工特征的加工策略，并基于上述方法给出了具体的规划方法流程图。最后，结合一个基于平面、孔和型腔3个加工特征的产品模型数据交换标准-数控程序实例，将所规划出的G代码程序在配备开放式数控系统HITCNC的3轴数控铣床上进行实际加工，实验结果证明，该刀轨规划方法是正确可行的，并具有一定的通用性。     

面向AP238的刀具路径生成器研究

为使STEP-NC程序能被CNC所识别,对基于STEP-NC解释器和PMAC卡两大核心模块的AP238刀具路径生成系统进行了深入探究。通过VC高级语言,利用STEP-NC解释器,编辑PMAC提供的计算机底层驱动程序和接口函数,将上位机STEP-NC解释器生成的数据与PMAC卡伺服驱动器建立关联,生成加工程序中工步定义的各种加工特征的刀具运动轨迹来驱动机床的刀具运动。STEP-NC解释器读取STEP-NC加工程序,过滤出刀具的类型、直径、坐标等数据信息存储到指定的刀具路径生成器中,生成加工程序中工步定义的各种加工特征的刀具运动轨迹,并利用AP238刀具路径生成器生成零件的刀具轨迹。面向AP238的刀具路径生成器具有良好的模块化特性,通用性强,效率高。它将STEP-NC加工程序释译成数控机床可识别的刀具轨迹信息,并生成每一加工特征的刀具轨迹,为STEP-NC加工程序能被CNC系统识别提供可靠保证。     

A novel CNC system for turning operations based on a high-level data model

The research work documented in this paper is divided into two parts. In the first part, a generic infrastructure for implementing STEP-NC data models is proposed. The infrastructure illustrates a bidirectional data flow of three different data forms: STEP-NC data, machine specific language, and low-level machine actuation signals. The proposed method utilizes the concepts of modularity and database to harmonize and group machining processes and to manage machining activities. The second part reports on the development of a computer numerical control (CNC) lathe that interprets STEP-NC data into low-level machining instructions. This process was achieved through the development of a software package that can process STEP-NC data and provide an interface with a retrofitted CNC lathe. Tool path information is generated and executed “on-fly” with feedback handled. This new CNC system illustrates the benefits of a novel generation of CNC machine tools that have the capability of being driven by a high-level data model.     

面向STEP-NC的特征CAD/CAPP系统

将特征建模技术与STEP及STEP-NC标准相结合,为实现CAD/CAPP/CAM及CNC的集成,探索了一条有效的途径。建立基于STEP AP224的特征模型,它包含工艺设计所需要的产品管理、材料、精度等信息。另外,将特征与加工方法链相对应,并建立相应的数据库,同时讨论了工步排序的若干规则。在Pro/ENGINEER软件平台上,实现了CAD/CAPP/CAM高层次的集成。以三轴数控加工的棱柱体零件为例,阐述了工步的产生以及排序,最终生成符合STEP-NC标准的加工文件。     

STEP-NC的可扩展标记语言实现方法研究

STEP-NC是新发展的数控编程国际标准（ISO14649），依据该标准生成的数控程序通常采用ISO10303 Part21物理文件格式。但该格式的数控程序不但不易解释，而且不适合在网上传输。为此，提出了采用可扩展标记语言作为STEP-NC数控程序的文件格式。首先，分析了STEP-NC数据模型核心内容及ISO10303 Part21物理文件格式数控程序的缺点，研究了可扩展标记语言格式STEP-NC数控程序的生成，包括文档结构的选择、EXPRESS向可扩展标记语言的映射等，并将其作为机床控制器的输入。将机床控制器软件划分为3个模块，即可扩展标记语言形式数控程序的解释、微观工艺规划并自动生成刀具路径和控制机床运动的数控指令的生成。重点研究了可扩展标记语言数控程序的解释。     

Research into integrated design and manufacturing based on STEP

This paper discusses a typical STEP-compliant manufacturing environment, which effectively integrates two systems. The first generates native data that retain the information needed to machine a part on a particular machine tool, whereas the second carries out optimization for machining parameters using the dispatched information from the first system. The related research work is divided into four areas, feature generation, macro process planning, micro process planning, and machining execution. The main part of the paper is devoted to reviewing the most recent research publications. The publications have been organized into the four areas as mentioned above. The discussion section that follows looks at the STEP-compliant research from the perspectives of industrial adoption, feature recognition for process planning, challenges in STEP-enabled inspection and STEP-NC controllers.